基于生态成本的废纸产业政策、市场结构和生产工艺优化

戴铁军 赵鑫蕊

摘 要：针对废纸回收利用过程中经济与生态环境之间的矛盾，以物质流为载体，构建废纸回收利用体系的价值流。在此基础上，界定了废纸回收利用体系生态成本的内涵，并建立其生态成本核算模型。以废纸回收利用体系生态成本最小为目标函数，以经济效益、生产工艺条件、国家政策和行业标准为约束条件，进行优化设计。结果表明，优化后生态成本为1385.69 元/t，与优化前相比下降了456.8 元/t，降幅达24.79%；经济效益增加到1326.95 元/t，比优化前提高了13.51%。建议加强废纸回收打包企业集约化发展，提高大型打包厂比例；适当控制废纸价格，避免废纸价格过高；国家对废纸回收利用企业进行适度经济补偿，将有助于废纸回收利用体系的经济发展与生态环境的双赢。

关键词：生态成本；废纸回收利用体系；产业政策；市场结构；优化

中图分类号：TS724

文献标识码：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2018.04.003

Abstract：Aiming at the contradiction between the economy and ecological environment in the recycling process of waste paper， using the material flow as a carrier to construct the value flow of waste paper recycling system. The connotation of ecological cost of waste paper recycling system was defined， and its ecological cost accounting model was established. Taking the minimum ecological cost of waste paper recycling system as the objective function， the optimal design was based on the constraint condition of economic benefits， manufacturing process conditions， national policy and industrial standards. The results showed that the ecological cost was reduced to 1385.69 yuan per ton after optimization， which was down by 456.8 yuan per ton compared with that before optimization， and the decrease was 24.79%. At the same time， the economic benefit increased to 1326.95 yuan per ton， 13.51% higher than that before the optimization. It was suggested that the enterprises of waste paper recycling ought to develope intensively in the future， increase the amount of largerscale packing plant； properly control the price of waste paper， avoid the high price of waste paper. A moderate economic compensation to waste paper recycling enterprise from government， would be benefit to both economy and ecological environment.

Key words：ecological cost； waste paper recycling system； industrial policy； market structure； optimization

隨着我国城镇化和工业化进程的加快，经济发展速度的不断提高，资源约束趋紧、环境污染严重和生态系统退化的问题也日益严重。虽然我国资源总量较大，但人均占有量低，人均淡水资源仅为世界人均水平的1/4[1]，人均森林面积也不足世界人均占有量的1/4[2]，国内主要金属资源严重短缺，天然矿产储量低且品位不高，重要支柱型矿产多为短缺，长期依赖进口，铝土矿、锰矿、铜矿等重要矿产的产量世界排名比储量靠前，我国矿产资源的开发强度远高于世界平均水平。城市垃圾累计积存量高达70 亿t，约2/3的城市处于垃圾包围之中[3]。传统的“高投入、高消耗、高排放”的线性经济发展模式，加剧了我国的资源环境问题。在此背景下，再生资源回收利用正逐渐成为缓解资源环境危机、实现可持续发展的重要手段。近年来，再生资源综合利用水平快速提高，2014年我国废钢铁、废有色金属、废塑料等十大类再生资源回收总量约为2.45亿t，回收总值为6446.9亿元[4]，很大程度上降低了我国的资源环境压力。

我国木材资源短缺问题同样严重，有研究[5]指出：“我国将威胁世界森林资源，到2031年中国将耗尽全球森林”，木材资源的稀缺性与社会发展对木材的刚性需求的矛盾日益尖锐。因此，开展木材资源的回收利用对保障我国木材安全有着重要的意义。废纸是一种重要的二次资源，有着“城市森林”的美称。在保障国家木材资源安全的背景下，大力开展废纸回收利用，以废纸为原料生产再生纸已经成为一种趋势。目前，我国废纸回收率达到72%，废纸浆占全年纸浆消耗量的65%，废纸已经成为最主要的造纸原料。但是，在废纸回收利用过程中，也出现了一些环境问题，并且出现了废纸循环利用不经济的现象。因此，废纸回收过程是否经济、高效，是否在最大程度地降低了对环境的损害，如何使废纸回收利用体系更高效的运转，如何使废纸回收实现经济发展和环境保护双赢的目标，仍需进一步研究。

鉴于此，国内外很多学者对“废纸回收利用环境影响”问题开展了大量研究。Finnveden等人[6]采用生命周期评价（LCA）方法对比分析了废旧包装材料的循环利用过程和焚烧处理过程的环境影响，认为循环利用过程能耗较小；Merrild等人[7]明确了利用生命周期评价方法研究废纸回收和焚烧的系统边界，总结了各生产流程的重要数据；Bystr等人[8]建立纤维物流模型，探究热能利用与回收制浆的最优化比例，分析了不同生产流程间物质联系对生产过程中的环境影响，探讨相连接的两个工序资源消耗、能源消耗量和环境影响的分配方式；马倩倩等人[9]基于生命周期评价方法对废纸造纸的碳足迹进行核算；赵会芳等人[10]认为废纸再生的原材料、能源消耗小于木材造纸，环境影响亦小。相关研究主要是针对废纸等几种不同处置方式的环境影响，包括废纸回收生产再生纸、焚烧、填埋以及与原生木浆配用造纸几种不同的处置，分别计算不同生产方式的资源、能源消耗造成的环境影响，并比较各种处置方式的优劣。

由上可见，目前尚未见从生态成本角度对废纸回收利用体系进行优化分析。而且现有研究多基于生命周期评价方法，对资源消耗量、环境影响分析的结果都是非价值量，与实际生产成本有很大的差距。在指导企业实现经济发展与环境保护双赢目标方面，还存在较大困难。此外，废纸回收利用过程是由一个个生产工序组成的，在回收利用过程中，新物料的投入、不合格产品或废弃物的循环和排放在生产过程中经常发生，各生产工序内部资源和能源投入量以及废弃物产生量均随物料流的改变而产生变化，不仅物料在生产工序中的流动情况对系统的生态负荷有很大影响，而且对生产工序的生态效益也有着至关重要的影响。

因此，将生态成本引入废纸回收利用体系中，以物质流为载体，构建废弃物回收利用体系的价值流。在此基础上，建立起反映废纸回收利用各工序之间物质流动对环境影响的生态成本核算模型，并以生态成本最小为目标建立优化模型，对废纸回收利用体系进行优化计算与分析，并提出相关建议。

1 生态成本的界定

生态成本的研究尚处于起步阶段，其研究主要集中在农业生产、矿产开采和大型施工工程等对生态环境依赖程度高、生态负荷大的领域。研究内容主要是生产过程造成的环境影响，更侧重于环境成本的核算。在生产过程中，资源开采的环境影响与生产过程的环境影响同样重要。但是，现有生态成本的研究仅局限于生产后端的环境成本，而忽略了生产前端资源开采和使用造成的资源成本[11-12]。

因此，基于前人研究成果，本研究将生态成本界定为：生态成本是指生产过程中，资源使用和生产过程对生态环境造成影响的价值。生态成本是对整个生产过程的生态环境影响的综合核算，既包括资源使用造成的生态环境影响价值，也包括生产过程造成的环境损失价值。

生态成本按产生源分类可以分为资源成本和环境成本两类。资源成本是生产过程使用资源所造成的生态环境损害的经济价值，包括资源的经济价值、资源耗减成本。环境成本是指生产过程中造成的环境损害价值，是生产过程造成的生态环境损害成本。其中，资源耗减成本是指资源开采过程中因开发利用资源而减少的实体资源数量的价值；生态环境损害成本则是指生产过程中对人类社会和生态系统产生不利影响和损害的货币估值。

资源成本与资源本身的性质和生产工艺相关，环境成本则与生产工艺和废弃物处理水平有关。资源成本、环境成本越高，则生态成本越高，说明该生产过程的资源环境性能越差，反之亦然。

生态成本按成本的性质分类可以分为内部成本和外部成本。内部成本就是指实际生产成本，包括材料成本（Material Cost，M）、能源成本（Energy Cost，E）、废弃物处置成本（Waste Management Cost，W），分别代表生产过程中资源购置的成本、能源使用的成本、不合格品（废弃物）的处置成本。外部成本（Outside Cost，O）则包括造成资源耗减、生态环境损害两部分成本。内部成本和外部成本是基于实物生产量的角度进行计算的，内部成本可以通过企业会计核算获得，外部成本以资源、能源消耗量为基础采用特定方法进行核算。因此，通过对内、外部成本进行核算，可以计算出生产过程的生态成本。

2 废纸回收利用体系生态成本核算方法

2.1 生态成本与物质流的关系

工序是生产过程中的基本单元，工序的成本构成情况既有特殊性，也具有普遍性。图1显示了生产流程中某一工序Pi的物质流与价值流之间关系，并给出了工序Pi的生态成本构成情况。

在实际生产过程中，原料投入生产工序后，伴随着能源、人力的消耗，部分原料得到有效利用产出产品/半成品，另一部分则转化为不合格制品和废弃物。在工序Pi的生产过程中，内部成本包括三部分：① 材料成本，即废纸、脱墨剂、水等原料的费用；② 能源成本，包括煤炭、燃油、电力等能源消耗的成本；③ 废弃物处置成本，产生废弃物后无害化、资源化处置费用。外部成本包括两部分：① 原料和能源的投入造成资源耗减价值，即资源耗减成本；② 不合格产品和三废处置的环境损害价值，即生态环境损害成本。

由图1可知，内外部成本既相互独立，又有着内在的统一，两者的大小都取决于生产过程的价值流动情况。价值流描述的是物质在流动过程中价值的变化情况。生态成本的核算过程就是对价值的重新分类、归集、分配和处理。价值是物质与生态成本之间的桥梁，物质流是价值流的載体，同时价值流则是物质流动在经济层面的体现，价值流分析为生态成本核算提供支撑。生态成本的大小与物质流动的情况关系密切，与生产过程的资源、能源投入，以及生产流程中的废弃物（不合格产品）的排放、循环情况等息息相关。

2.2 废纸回收利用体系生态成本核算模型

由上可知，在废纸回收利用体系中，生态成本为材料成本、能源成本、废弃物处置成本及外部成本之和，见公式（1）。

式中，EC为生态成本；M为该生产过程的材料成本；E为生产过程的能源成本；W为生产过程的废弃物处置成本；O为生产过程的外部成本。

值得注意的是，材料成本、能源成本和废弃物处置成本是对工序内投入资源、能源和排放污染物的价值核算。本研究以物质流分析方法为基础，以各个生产过程中实物量为纽带，通过各项物质的质量乘以其相对应的价位，而后分别加和进行计算。环境负荷的核算采用定量化价值计算的方法进行，日本开发的LIME环境影响评价方法（lifecycle Impact Assessment Method based on Endpoint Modeling）是LCA的一部分，基本符合我国废纸回收行业的现状。因此，本研究采用LIME方法核算资源耗减和生态环境损害所引起的生态成本。

式中，m为各种物质的质量；e为各阶段消耗的各种能源；V为各种物质在生产过程中的价位；K为各种物质对应的LIME系数；j、h、l为该生产阶段的各项投入的原料、投入的能源和产生的废弃物。

3 废纸回收利用体系的优化分析

3.1 边界范围确定

纸张经过使用变成废纸后的主要流向有3个：回收利用、焚烧和废弃。图2所示为我国废纸的主要流向情况。相关研究表明，焚烧的比例为18.75%，填埋比例为46.70%，回收利用的比例为31.44%，其他利用比例为3.11%[13]。

可见，由于焚烧、填埋过程的污染大、资源效益低。废纸经回收生产再生纸是今后废纸处置的重点方向。因此，本研究针对废纸回收、分拣、打包、运输、生产整个过程，建立生态成本核算体系，定量分析废纸回收利用过程对生态环境的影响。此外，本研究只考虑在国内回收、生产所造成的生态环境影响，从境外进口的废纸不考虑其运输过程造成的成本和环境损害。在再生纸生产的过程中，使用的原生木浆也不考虑其运输的生态成本。

3.2 变量选择

本研究以废纸生产箱纸板为例，并结合废纸回收利用体系实际情况，确定优化模型的变量。

（1）箱纸板各原料质量和占比

国产废纸m11、美国废纸m12、原生木浆my，以及此3种原料的添加比例x1、x2、x3。由于不同原料生产出的箱纸板的性能、产品的出售价格存在差距，所获得的经济效益也不一样。同时由于原料不同，产品生产过程的生态成本和产生的环境效益也不相同。

（2）不同打包厂所占比例

大型打包厂占比y1、中型打包厂占比y2和小型打包厂占比y3。3种打包厂使用打包机械差距很大，随着“两网融合”、再生资源产业集约化发展等因素的影响，各打包厂的占比将会产生变化。

（3）碎浆、筛选、抄纸阶段的电耗和煤耗

碎浆阶段的吨纸电耗e1，筛选阶段的吨纸电耗e2，抄纸阶段的吨纸电耗e3和煤耗mc。由于不同原料的生产过程对能源的需求情况不同，所以将碎浆、筛选、抄纸阶段的电耗和煤耗作为变量进行优化分析。

（4）抄纸阶段COD排放量

抄纸阶段的COD排放量mCOD，与原料种类关系较大，以国产废纸为原料产生的COD最大，进口废纸其次，商品浆抄纸的COD产生量最小。

（5）废纸价格

废纸价格Vwp波动较大，最低时价格低于1000 元/t，最高时达1700 元/t以上。虽然价格是由市场供需决定的，但可以通过优化建模确定一个比较合理的价格趋势，通过宏观政策调控使实际市场价格在优化价格附近波动，从而促进废纸回收利用体系健康发展。

（6）增值税退税比例

根据国家有关规定，废纸占产品原料70%以上且满足行业污染排放要求，可享受退税50%的优惠政策。但是，此政策是否能最大效力地提高废纸回收利用水平尚需进一步验证。本研究在原有政策的基础上进行修改，退税金额SA由增值税退税比例T确定，即为式（3）。

式中，P为箱纸板产品的售出价格；17%是增值税缴费比例。

由调研知，废纸的回收主要力量仍是回收小贩，实际生产的细节情况难以收集，优化难度较大。因此，不作为优化建模的重点。

3.3 目标函数建立与约束条件确定

3.3.1 目标函数建立

以第2节生态成本核算模型为基础，建立以生态成本最小为目标函数的废纸回收利用体系优化模型，即式（4）。

3.3.2 约束条件确定

結合废纸回收利用体系的特点，确定三类约束条件：一是企业经济效益不降低；二是等式约束，即生产过程的物料守恒与能源平衡；三是不等式约束，即依据国家、行业和企业的标准、规程等要求，确定废纸回收利用体系中新鲜水消耗量、废水产生量、COD排放量等的上下限值。

3.3.2.1 经济效益

此外，由调研知，实际生产过程的能耗在10%的范围内波动。再有，因为箱纸板采用挂面浆生产，不同浆种通过不同网层分开抄造，所以分别调研不同原料的生产数据，并在此基础上确定约束条件。此外，还有较多涉及生产企业工艺参数的约束条件，出于保密原因，在此不一一列举。

3.4 数据来源

箱纸板主要是以废纸为原料生产的再生纸，本研究选取箱纸板的生产过程为研究对象。此外，以北京地区纸张的废弃、回收、分拣，并运输到周边省市生产箱纸板的过程为例，开展废纸回收利用体系的生态成本优化计算与分析。废纸回收利用体系主要包括：回收、分拣、运输、碎浆、筛选、抄纸等主要的生产工序。在中国再生资源协会废纸分会的帮助下，本课题组到相关废纸回收利用企业调研，进行数据收集。限于篇幅，在此不一一列举相关数据。

3.5 废纸回收利用体系优化计算与分析

在上述分析基础上，以废纸回收利用体系生态成本最小为目标函数，在满足相关约束条件下，通过运行Lingo软件进行优化求解。优化结果如表1所示。

由表1可知，优化后的废纸回收利用体系生态成本为1385.69 元/t，相比优化前生态成本1842.49 元/t，下降了456.8 元/t，降幅达24.79%。与此同时，优化后的废纸回收利用体系经济效益达到了1326.95 元/t，比优化前提高了158.02 元/t，升幅达13.51%。可见，在废纸回收利用体系生态成本降低的同时，可有效提高其经济效益。以下分别就原料比例、能耗及污染排放、大中小型打包厂比例、废纸价格和增值税退税比例进行优化前后的对比分析，并结合实际提出相关建议。

3.5.1 原料比例

由表1可知，优化前后生产箱纸板的原料均为100%国产废纸，國产废纸的投入量由原来的1.15 t/t降为1.12 t/t。表明使用国产废纸是我国造纸业今后发展的方向。虽然添加进口废纸和原生木浆能够提高产品售价，但是也增加了生产成本。可见，国家大力发展废纸回收利用、限制废纸进口的政策，符合我国废纸回收利用的发展方向。因此，国家应进一步鼓励使用国产废纸进行再生纸生产。此外，原材料投入量由优化前的1.15 t/t降低到1.12 t/t，进一步说明提高箱纸板生产的成品率、生产效率，降低企业生产过程中的排渣率，避免在疏解、排渣过程中将合格的制浆纤维带出，可减少原材料的投入量。因此，在回收、分拣过程中提高分拣效率，将废纸中掺杂的沙石、塑料等分拣出，规避不法商贩为提高自身收益在打包纸中掺杂各种废渣的行为，将有助于减少原材料投入量。

3.5.2 能耗及污染排放

由表1可见，每生产1 t箱纸板抄纸工序的煤碳消耗量由优化前的285 kg/t，降低到优化后的283 kg/t，降幅达0.70%，下降幅度较低。碎浆、筛选和抄纸能耗分别由优化前的20 kWh、80 kWh和230 kWh，下降到优化后的19.61 kWh、72.00 kWh和207 kWh，降幅分别为1.95%、10%和10%。CODCr排放量由优化前的20 kg/t，下降到优化后的13.59 kg/t，下降了12.05%，降幅度较大。由上可见，提高生产工艺水平和管理水平，是优化废纸回收利用体系的重要途径。因此，加快开发和引入新设备、新工艺，提高废纸回收利用的创新意识；加速废纸回收利用产业与新兴产业的融合，结合物联网、云计算技术、现代物流业等新技术、新平台，提高废纸回收利用体系的回收效率；淘汰落后产能，提高能源利用效率，降低生产过程的资源、能源浪费，将是降低废纸回收利用体系生态成本和环境影响的重要途径。

3.5.3 大、中、小型打包厂的比例

由表1可知，大、中、小型打包厂的比例由优化前1∶3∶6，变为优化后的1∶0∶0。可见，废纸回收利用体系应以大型打包厂为主，逐步淘汰中、小型打包厂。虽然现实回收利用体系难以实现上述理论结果，但这是一种发展趋势，建议有条件的地方企业先行先试。因为大型打包厂采用全自动打包机，其吨纸的生产功率为0.4 kWh，低于手动打包机的0.5 kWh和半自动打包机的0.44 kWh。而且大型打包厂的处理能力250 t/d，也远高于手动打包机的20 t/d和半自动打包机的90 t/d，大型打包厂带来的规模化效应也会大大促进废纸回收产业正规化、环保化、高效化发展。此外，在大型打包厂分拣打包，不仅能最大程度地提高分拣效率，而且可最大程度地遏制不法商贩为提高自身收益在打包纸中掺杂各种废渣的行为。

因此，在今后发展中要着力提高回收产业的集约度，逐步提高全自动打包设备的比例。国家和地方政府应出台相关政策，建立合理有序的回收体系，加大对无照回收游商的清理整顿力度，建立大型废纸物流中心，并设置激励政策鼓励回收散户向废纸回收中心集中。

3.5.4 废纸价格

废纸价格由市场的供需关系决定。本研究通过优化计算确定的价格仅为宏观调控废纸价格所给出的方向性数据。由表1可知，废纸价格由优化前的1200 元/t，降低到优化后的1100 元/t。可见，当废纸价格较低时，再生纸生产企业使用国产废纸的积极性较高；当国产废纸价格高于进口废纸时，企业更倾向于使用价格较低的进口废纸，对国内废纸回收利用的发展不利。因此，国家可通过宏观调控降低废纸价格过高带来的负面影响。出台相关标准，使行业发展有据可依。与此同时，要严厉打击恶意炒作废纸价格的违法行为，例如当废纸价格过高时，政府可通过行政手段适度加以干预。

3.5.5 增值税退税比例

由表1可知，增值税退税比例由优化前的50%，上升到优化后的62.20%。从另一个侧面反映国家应加大对废纸造纸的企业的鼓励力度。政府对废纸回收利用的财政补贴能够提高经济效益，提高企业使用国产废纸的积极性，从而促进废纸回收利用体系的健康发展。因此，在国家政策允许的范围内，适度提高增值税退税比例，以提高企业废纸回收利用的积极性。

4 结 论

（1）界定了废纸回收利用体系的生态成本，它既包括资源使用造成的生态环境影响价值，也包括生产过程造成的环境损失价值。

（2）以生产1 t箱纸板为例，当国产废纸投入量分别为1.12 t，煤炭消耗量283 kg/t，碎浆、筛选、抄纸能耗分别为19.61 kWh、72.00 kWh、207 kWh，CODCr产生量17.59 kg/t时，生态成本达到最小值1385.69 元/t，与优化前相比下降了456.8 元/t，降幅达24.79%。与此同时，经济效益上升为1326.95 元/t，比优化前提高了13.51%。

（3）加强废纸回收打包企业集约化发展，提高大型打包厂的比例；适当控制废纸价格，避免废纸价格过高；国家对废纸回收利用企业进行适度经济补偿，以促进废纸回收利用体系持续健康发展，将促进废纸回收利用体系经济发展与生态环境的双赢。

参 考 文 献

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（责任编辑：常 青）